Offre de thèse : "Décharges nanosecondes répétitives pulsées dans l’air : applications en énergétique" Offre de thèse : Conception d’un procédé innovant de purification de biogaz en vue de sa valorisation comme carburant automobile ou en injection dans le réseau de gaz naturel, (BIOEPURE) Modélisation et commande robuste de systèmes biologiques : exemple de la production d’acide lactique en fermenteur industriel Post-doc "Modelling radiative heat transfer inside microwave plasma reactors for diamond deposition" Offre de thèse :« Etude des effets d’une décharge nanoseconde répétitive pulsée sur un écoulement combustible : application à la combustion assistée par plasma» Couplage entre écoulements hypersoniques de rentrée atmosphérique et transfert radiatifs : Application aux écoulements de mélanges CO2-N2

Modélisation et commande robuste de systèmes biologiques : exemple de la production d’acide lactique en fermenteur industriel

Directeurs de thèse :

École doctorale

  • STITS Paris-Sud – SUPÉLEC ou Sciences pour l’Ingénieur ÉCOLE CENTRALE PARIS selon le profil du doctorant
  • SUPÉLEC Sciences des Systèmes (E3S), EA 4454 – Département Automatique, Gif sur Yvette (91).
  • ÉCOLE CENTRALE PARIS, Laboratoire des Génie des Procédés et des Matériaux, Châtenay-Malabry (92)
  • Société SOUFFLET, Nogent-sur-Seine (10)

Contexte

L’industrie biotechnologique a recours à la culture de systèmes biologiques tels que les bactéries, les cellules animales ou les algues, afin de fabriquer des produits d’intérêt (intermédiaires chimiques, protéines, vaccins, produits cosmétiques et pharmaceutiques…). La culture doit être commandée continûment afin de maximiser la croissance de la biomasse et/ou la production de molécules d’intérêt. De plus, la commande en débits d’alimentation des substrats (liquides tels que des solutions de glucose ou gazeux tels que l’oxygène), est déterminée pour maintenir la biomasse en phase exponentielle de croissance ou pour maximiser la production.
Il existe donc un réel besoin de méthodologie de commande et de modélisation dans l’industrie biotechnologique, lié à des exigences de qualité, nécessaires pour obtenir les certifications dans un contexte d’exploitation industrielle. C’est le cas de la société Soufflet qui désire produire l’acide lactique (monomère constitutif de biopolymères particulièrement recherchés aujourd’hui) grâce à des bactéries lactiques. Cette thèse fait suite à plusieurs travaux sur la thématique, menés en collaboration par les deux institutions depuis plusieurs années.

Descriptif du sujet

Le travail de thèse devra répondre à deux problématiques :

  • Modélisation
    On travaillera à deux niveaux de modélisation : modélisation de la croissance des microorganismes et de la production de l’acide lactique à partir de données expérimentales et de paramètres physicochimiques, modélisation du fonctionnement d’un fermenteur pilote
  • Contrôle-commande
    La commande pour maintenir le procédé biologique dans la zone de fonctionnement souhaitée sera mise au point. Cette commande devra être robuste vis-à-vis des bruits de mesure et des erreurs de modélisation, tout en rejetant les perturbations pouvant agir sur le procédé.

Les différentes méthodologies et approches développées dans ce travail de thèse pourront être étayées et validées par des campagnes expérimentales sur un fermenteur de laboratoire produisant de l’acide lactique et/ou sur un fermenteur pilote.

Profil recherché

M2 et/ou Ingénieur

  • Ou Génie des Procédés/ Biotechnologies avec de bonnes connaissances en Automatique
  • Ou Automatique avec de bonnes connaissances en Génie des Procédés Biotechnologiques

Références

  • [1] S. Tebbani, D. Dumur, G. Hafidi, A. Vande Wouwer, “Nonlinear Predictive Control of Fed-batch Cultures of Escherichia coli”, Chemical Engineering and Technology, Vol. 33, 7, 2010.
  • [2] Filali R., Tebbani S., Dumur D., Diop S, Pareau D. et Lopes F., Nonlinear predictive control for continuous Chlorella vulgaris culture in a photobioreactor, 20th Mediterranean Conference on Control and Automation, Barcelone, Espagne, 3-6 Juillet 2012.
  • [3] A. Garde, G. Jonsson, A. Schmidt, B. Ahring, ” Lactic acid production from wheat straw hemicellulose hydrolysate by Lactobacillus pentosus and Lactobacillus brevis”, Bioresource Technology 81, 217-223, 2002
  • [4] C. Akerberg, K. Hofvendahl, G. Zacchi, B. Hahn-Hägerdal, &dlquo;Modelling the influence of pH, temperature, glucose and lactic acid concentrations on the kinetics of lactic acid production by Lactococcus lactis ssp. lactis ARCC 19435 in whole-wheat-flour”, Appl. Microbiol. Biotechnol. 49, 683-690, 1998
  • [5] C. Akerberg, G. Zacchi, “An economical evaluation of the fermentative production of lactic acid from wheat flour”, Bioresource Technology 75, 119-126, 2000
  • Centrale Paris Actualités

Sihem Tebbani

Docteur en sciences, Enseignant-Chercheur à Supélec Courriel : sihem.tebbani@supelec.fr

Didier Dumur

Docteur en sciences, HDR, Professeur à Supélec Courriel : didier.dumur@supelec.fr

Dominique Pareau

Docteur en sciences, HDR, Professeur à Centrale Paris Courriel : dominique.pareau@ecp.fr

Filipa Lopes

Docteur en sciences, Chef de travaux à Centrale Paris Courriel : filipa.lopes@ecp.fr